防腐蚀接地（精选8篇）
防腐蚀接地 篇1
0 引言
大量的接地安全事故表明,保证接地网的可靠性对于保证电厂安全运行是十分重要的。近年来,随着福建省用电量的增加,大量滨海电厂(如:嵩屿电厂、后石电厂、南埔电厂、可门电厂等)的建设引发了人们对接地网选材和防腐蚀问题的思考和争论,本文以福建省滨海莆田燃气电厂为工程实例进行探讨。
莆田燃气电厂地处海边,地下水受海水入渗影响含盐量较大,土壤电阻率低,对钢结构具有较强的电化学腐蚀性;若全厂采用钢接地网具有价格便宜、施工快速方便等优势,但是也存在易腐蚀、运行一段时间后需进行维护或更换、污染环境、易导致失地事故等缺点。例如:1994年,四川华莹山电厂因变压器中性点接地线严重腐蚀处放电引起#2主变和#2发电机着火、#3和#4发电机损坏,最终导致全厂停电;上海石化热电厂运行七年后因接地网因腐蚀严重,对整个厂区的接地网进行了全面更换;广东妈湾电厂、天津杨柳变电站、济南义和庄变电站、福建泉州地区的某220k V变电站的接地网在运行多年后均出现了严重的腐蚀。据统计,采用镀锌钢材的接地网,运行十年后都会产生严重的腐蚀而不得不更换,为了防止和减缓接地网的腐蚀,应采取必要的防腐蚀措施,目前的主要措施有:a)涂敷层措施;b)阴极保护措施,其中阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种;c)采用耐腐蚀金属(如:Cu、Pb等)接地网措施。以上三种措施各有优缺点,在莆田燃气电厂中应采用何种措施才能既经济、环保又安全、可靠地防止接地网的腐蚀,本文将可能采用的各方案进行技术经济比较,提出适合莆田燃气电厂的接地方案。
1 各种防腐蚀接地措施
1.1 涂敷层措施
涂覆层是防止地下金属接地网在土壤中腐蚀最为常用的手段之一。由于接地网是和大地接触起散流作用的,因此,接地极材料上不能采用绝缘涂层,只能采用导电涂层。金属涂覆层有良好的电导性,可用作钢接地网的防护层,镀锌层最为常用,它不但起隔离层作用,而且起牺牲阳极保护作用。但镀锌层在强腐蚀性土壤中很快就会消耗掉,寿命极短,尤其是当镀锌层较薄或存在缺陷时(如镀层不均匀、局部漏镀、存在针孔、局部破损、存在杂质等)更是如此。因此,在强腐蚀性土壤介质中,钢接地网仅靠镀锌层来保护是远远不够的。
另一种措施时在钢上包覆铜或铅作防护层,但这类阴极性涂覆层有较大的危险性,一旦覆盖层有缺陷时,就会构成大阴极小阳极的腐蚀电池,使基体钢遭到严重的局部腐蚀,导致钢接地网穿孔或断开。这种涂覆层要十分完整才能起到良好保护作用,而这在实际工程中往往是难以做到的。此外,这类阴极性覆盖层也和铜接地网一样会大大加速其它地下结构物的腐蚀。
当采用具有一定导电能力的非金属涂层时,虽然可具有一定的防护作用,但并不能完全有效地解决接地网腐蚀问题。这是因为涂层总是不可避免地存在漏涂、针孔、破损等缺陷,腐蚀将会集中在这样一些微小区域,导致钢接地网穿孔或断开。此外,涂层还具有老化问题,难以保证在发电厂寿命期内一直起到保护作用。
对钢接地网的焊缝处,以及设备引下线和接地网的土壤交界处可以涂刷环氧煤沥青等绝缘防腐蚀涂料。但由于涂覆的是腐蚀电池的阳极区域,并没有采取阴极保护等其它防护手段时,一旦涂层存在缺陷,就会形成1个更小的阳极而产生严重的局部穿孔腐蚀。
总之,在较强腐蚀性土壤中,钢接地网靠金属覆盖层或导电非金属涂覆层,很难获得长期有效的保护,因此,不推荐单独采用涂敷层措施作为钢接地网的保护,但可以和阴极保护措施联合采用。
1.2 阴极保护措施
1.2.1 阴极保护原理
阴极保护是防止地下金属钢接地网在土壤中腐蚀的最为有效的方法。它的基本原理是:将被保护的金属结构物作为阴极,通过向被保护的金属结构物表面通入足够的阴极极化电流,使金属的电位向负的方向移动,使之在电解质中难于失去电子,从而使金属的电化学腐蚀得到有效抑制。
1.2.2 阴极保护的特点和应用
阴极保护是一种电化学防护方法,和其它的防腐手段不同的是,它是通过对腐蚀反应进行积极地干预,从原理和根本上抑制电化学腐蚀的发生,因而保护效果彻底有效。而且阴极保护的费用通常只占被保护金属结构物造价的1%~%5,而金属结构物的使用寿命却可因此而成倍的延长,具有十分明显的性价比;世界各先进发达国家已普遍采用阴极保护技术防止地下和水中金属结构的腐蚀,并已制定了相应的法规或技术规范。在中国的各大电厂和变电站中已广泛采用阴极保护技术作为钢接地网的防腐蚀措施,取得了很好的效果。
1.2.3 阴极保护的种类
根据提供保护电流的方式不同,阴极保护可分为牺牲阳极法和外加电流法两种方法。前者是将一种电负性金属或合金(即牺牲阳极,其电位比所要保护的金属更负,更活泼,易腐蚀,如:Mg、Al、Zn等活动金属)与被保护金属结构物电性连接,通过这种电负性金属的溶解消耗来给金属结构物提供阴极极化保护电流从而避免腐蚀;后者是将外加可控直流电源的负极接于被保护的金属结构物,将电源的正极接于安装在金属结构物外部并与其绝缘的辅助(牺牲)阳极,当电路接通后,电流从辅助(牺牲)阳极经腐蚀电解质至金属结构物形成闭合回路,使金属结构物得到阴极极化保护电流从而避免腐蚀。
1.2.4 阴极保护两种方法的对比
以上两种方法的基本原理是一致的,通过合理设计均能获得良好保护效果,但又各有自身的特点,分别适用于不同的应用场合。表1为牺牲阳极法和外加电流法两种方法技术特点的对比。
1.2.5 结论
以上两种方法均可用来保护电厂的接地网,其中外加电流法运用业绩较少,而牺牲阳极法具有免维护、可靠性高、最终投资小等诸多优点,而且还可以作为接地网的一部分从而达到降低接地电阻,因此被国内各大电厂(如:福建南埔电厂、山东滕州电厂、上海外高桥电厂)广泛采用,均有良好的运行业绩;燃气电厂占地面积较同容量机组的燃煤电厂小,所需的阴极保护电流也较小,采用牺牲阳极法完全可以提供足够的阴极保护电流使接地网得到有效的保护,因此,若燃气电厂需要采用阴极保护,则推荐采用牺牲阳极法。
1.3 采用耐腐蚀金属措施
1.3.1 接地网采用耐腐蚀金属的材料
国内外电厂接地网常采用的耐腐蚀金属主要有铜(Cu)和铅(Pb),两者都有较好的耐腐蚀性,但由于铅(Pb)对环境的影响和破坏,已经渐渐被淘汰,目前主要采用铜(Cu)接地网。但是在一些特殊的项目中也有采用其它耐腐蚀金属,例如在瑞典至芬兰的海底直流输电工程中,就采用了钛(Ti)金属。由于钛(Ti)金属价格太高,莆田燃气电厂工程仅讨论铜(Cu)金属。
1.3.2 铜接地网的应用情况
为了防止接地网的腐蚀,国外很早就开始采用铜接地网,但国内电厂由于受到经济上的制约很迟才开始采用。近年来,随着中国经济水平的提高以及大量沿海电厂的建设,人们开始逐渐认识到接地网防腐蚀的重要性以及铜接地网的优点,逐渐在许多沿海电厂或重腐蚀地区开始采用铜接地网,取得了很好的效果。就福建省内而言,已经在漳州后石电厂、福州华能电厂、湄州湾电厂、江阴电厂和福州可门火电厂成功采用了铜接地网,有效地防止了接地网的腐蚀。
1.3.3 铜接地网的优缺点
优点:a)耐腐蚀:首先,Cu在地中也会被氧化腐蚀,但是Cu一旦被氧化就会在其表面形成一层坚硬的氧化层,保护内部的Cu不再受氧化的影响,有效地抑制了腐蚀的发展;其次,Cu相对Fe,Al等活泼金属来讲,属于较惰性的金属,具有较正的电位,而在电厂的地下不可避免地埋有大量的钢质管道,于是在土壤中就构成了腐蚀电池,具有校正电位的Cu将作为阴极产生钝化,因此Cu可以被有效地保护下来;b)低电阻率,可有效降低接地网的接地电阻:20°时Cu的电阻率仅为0.017 9×10-6Ω·m,仅约为Fe(0.139×10-6Ω·m)的13%、Al(0.029×10-6Ω·m)的62%,因此应用Cu接地网将有效降低接地网的接地电阻;c)低电抗率:由于Cu为非铁磁性材料,对于雷电流具有较低的电抗,因此能有效泄放雷电流,降低雷电流造成的反击危害;d)运输方便:由于铜材较软,可以绕制成各种形状,有效利用运输空间,便于运输。
缺点:a)价格高:由于近年来,国内大量工程的建设导致了对铜的需求量大量增长,也导致了国际铜价的大幅飞涨,工程建设前期(2005年),铜价已经涨到约72 000元/t,约为镀锌钢材(5 200元/t)价格的13.85倍,而且铜接地网连接采用的焊药和模具的价格也相当贵(平均制作一个铜接头需要120元~200元),因此目前采用铜接地网投资巨大;b)施工难度大:由于铜材的连接不能采用普通的电焊,只能采用防热焊接(又称火泥熔接),既需要焊接模具,又需要焊药和点火枪,对于异型接头还需要特殊订货,因此大大增加了施工的难度和工作量;c)强度低,易被施工机械破坏:由于铜材强度小,现场不可避免地会发生铜接地网被施工机械挖掘、被基础或人为挤压而导致铜接地网断裂等问题,若发现及时,还可以重新焊接补救,但是需要增加额外费用,若没有发现,将成为接地网的隐患;d)会对附近的地下钢材质的管道等造成腐蚀:Cu相对Fe、Al等活泼金属来讲,属于较惰性的金属,具有校正的电位,而在电厂的地下不可避免地埋有大量的钢质管道,于是在土壤中就构成了腐蚀电池,具有较正电位的Cu将作为阴极产生钝化,而具有较负电位的金属钢将作为阳极而遭到腐蚀,因此还需要对重要的地下管道采用阴极保护。
2 防腐蚀接地方式的选择
综上所述,在腐蚀性土壤中,为了防止接地网的腐蚀,采用钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极法的阴极保护方式或者采用铜接地网方式都是可行的,两者在技术和经济上各有优缺点,目前国内外对于以上两种接地方式也存在着不同的看法。本文将结合莆田燃气电厂工程的实际情况,从技术经济的实用角度,提出适合莆田燃气电厂工程的合理接地方式。
2.1 两种接地方式技术比较
本文第2部分(各种防腐蚀接地措施)已经分点论述了两种接地方式的特点,现在将两种方式的技术比较归纳总结如下(见表2)。
2.2 两种接地方式经济比较
两种方式的经济比较见表3。
注:两种方案安装费差异不大,不列入此表比较。
3 结语
经过以上技术经济比较,我们发现两种接地方式各有优缺点,虽然莆田燃气电厂工程采用铜材接地网比采用热镀锌钢材+阴极保护的接地网初投资多185.25×104元,但是两者的投资差价并不大、与工程总造价相比在可接受范围之内;而且铜接地网具有良好的防腐蚀性能,大大减少了今后运行维护的工作量、可以有效节约今后的运行维护成本、因此全寿命周期总投资相差并不大;此外,目前铜价仍处于历史最高位,若工程进入采购期后铜价能进一步下跌回落、则两者的差价也将进一步降低,特别是当铜价回落到历史价位45 000元/t左右时、两者价格将持平,届时铜接地将具有明显的优势;不过最重要的是铜接地网还可以有效地降低接地网的接地电阻,增加运行的安全性和可靠性,因此莆田燃气电厂工程推荐采用铜接地网方案。
4 后续
工程投运后各方面都运行良好,近期笔者也进行了工程回访,业主反映铜接地网运行情况良好、未见腐蚀,大大减少了运行维护的工作量,与设计初衷相吻合。
防腐蚀接地 篇2
关键词：防雷接地装置；腐蚀原因；防腐措施
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0049－02
随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。接地装置长期处在地下，特别是土壤电阻率低的地方，一般比较潮湿，很容易因土壤中各种化学成分的作用而受到腐蚀，会极大地影响装置的使用寿命，造成接地网局部断裂，接地线与接地网脱离，形成严重的接地隐患或构成事故。如在2002年某化工厂车间发生一起事故致使1 人死亡，其原因就是因接地线腐蚀与地网断开造成的。据防雷中心防雷年度检测资料显示，因接地装置腐蚀，造成接地装置接地电阻超标，甚至因腐蚀断裂造成一些设备“失地”的情况每年都有发生。特别是一些防雷设备和电力设备“失地”会造成严重后果。针对不同情况，分析接地装置主接地网腐蚀的原因，找出规律并采取切实可行的防腐措施是非常重要的。
1 接地装置腐蚀的现象
1.1 主地网腐蚀现象
主接地网是指埋在地下0.5～0.8 m土层中的接地极和连接接地极的接地线，其腐蚀具有一般土壤腐蚀的特点。据年度防雷检测资料显示，地网1处或2处断裂都出现在地网使用时间在20年以上的变电所。
1.2 连接线的腐蚀
防雷接地引下线断接卡连接螺丝各焊接头，连接线的腐蚀比主电网的情况要严重许多，因为连接线所处的位置既受到来自空气中的腐蚀影响，又受到地表土壤的腐蚀，双重腐蚀的作用使得连接线的腐蚀是整个接地网中值得重视的问题。
1.3 电缆沟中接地带的腐蚀
由于电缆沟大多应用于电厂、变电所等场合，导致电缆沟常年潮湿甚至积水。在潮湿的大气环境下电网受腐蚀的程度比一般大气环境要严重很多，若受大气污染严重，这种腐蚀程度会更加严重，一般10年左右就会发生多处锈断的情况，比深埋于土壤中的电网寿命短。
2 接地装置腐蚀的环境和腐蚀原因
2.1 接地装置腐蚀的环境
接地装置腐蚀的环境主要分为两种：大气腐蚀和土壤腐蚀。大气腐蚀主要是接地引下线和电缆沟内的均压带，土壤腐蚀主要是地网中的各种水平和垂直接地体。
2.2 接地装置容易发生腐蚀的部位及其原因
接地装置容易发生腐蚀的部位主要有：①设备接地引下线及其连接螺丝；②各焊接头；③电缆沟内的均压带；④水平接地体。
这些部位既有大气腐蚀的环境，又有土壤腐蚀的环境，引起腐蚀的原因主要为电化学腐蚀，但以吸氧腐蚀为主，在一些工业污染严重的场所，如在有害气体存在的场所，还存在化学腐蚀。据我们检查，多数设备与地网不通的原因都是接地引下线腐蚀断裂。接地体的腐蚀原因是多方面的，大致归纳为以下几个方面：
（1）土壤腐蚀性强，特别是在偏酸性土壤、风化石土壤和砂质土壤中，最易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
（2）接地体采用再生钢材，而此类钢材由于杂质超标，在地下易发生电偶电池腐蚀。
（3）使用了腐蚀性较强的降阻剂，特别是化学降阻剂，由于它们含有大量的无机盐类，加速了接地体的化学腐蚀。一些固体降阻剂由于膨胀倍数与钢接地体不一致，经过一定时间后与接地体产生缝隙，产生腐蚀电位差，加速了接地体的腐蚀。
（4）施工原因有接地体埋深不够，上层土壤的含氧率较高，吸氧腐蚀快；回填土采用砂子、碎石和建筑垃圾；焊接头的焊接存在虚焊、假焊现象，对焊接头未做防腐处理；对接地引下线未采取过度防腐措施，没有刷防腐漆；扩大地网时，把新地网接到原地网的电缆沟，或把设备的接地接到电缆沟的均压带，而电缆沟的均压带又不定期地进行防腐处理，因焊接头腐蚀断开造成地网支解。
3 防止接地装置腐蚀的措施
3.1 接地极的防腐措施
3.1.1 正确选用接地体材料，采用埋深和优良的施工工艺
为了防止接地体腐蚀，选用材料很关键，一般不使用再生钢，接地体的埋深一定要达到0.6 m以下。要用细土回填，且分层夯实，勿用碎石和垃圾回填，对焊接头的焊口长度，要严把焊接质量，不能有虚焊、假焊现象。对焊口要刷防锈漆。施加降阻剂时要均匀，不得有脱节等现象，对施加降阻剂和不施加降阻剂的地方要刷防锈漆，防止因腐蚀电位不同引起电化学腐蚀。
3.1.2 使用性能优良的高效降阻剂
高效降阻剂是一种新型的降阻材料。性能优良的降阻剂具有稳定的化学性能，对接地金属无腐蚀作用，同时还能保护金属不受腐蚀。《降阻剂技术条件》规定，在实验室的试验中表面腐蚀率应不大于0.03 mm/年，在埋地的金属腐蚀试验中表面平均腐蚀率应不大于0.05 mm/年。降阻剂呈弱碱性，且降阻剂浆料在24 h内能完全凝固。从化学角度看，一方面，降阻剂呈弱碱性对接地电极有一定的保护作用；另一方面，凝固后的降阻剂将成为金属电极的固体保护层，以隔离土壤中腐蚀液体的浸入。2001年，抚顺防雷中心为抚顺农发行计算机室做防雷工程使用的浆料降阻剂，多年的跟踪测试显示，接地装置的接地电阻值稳定，且随着时间的推移，接地电阻值稳中有降，接地基本无腐蚀现象发生。
3.1.3 阴极保护法
阴极保护是通过对被保护金属（如接地网的普通碳钢）进行外加阴极极化来防止金属腐蚀的方法。阴极保护可通过两种方法实现：牺牲阳极法和外加电流法。前者简单易行，无须维护，它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金（如镁及镁合金阳极、锌合金阳极），使靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极（接地网）的目的。后者亦称强制电流法，是利用外加直流电源，将被保护的接地网与电源负极连接，使接地网变成阴极而进行阴极极化，从而防止金属腐蚀。这两种阴极保护方式各有特点，它们在接地网的保护中都得到了成功的应用。阴极保护的设计是根据土壤特性（主要是土壤电阻率，其次是土壤pH值、含水率、透气性）、接地网总表面积、总的保护电流决定的。但无论采用何种阴极保护方式，都应使接地网的阴极电位≤－850 mV（相对Cu/CuSO4饱和电极），接地网实施阴极保护时整个地网不需要使用降阻剂，但埋设牺牲阳极或辅助阳极的地方需要化学填实包或碳素回填料，以降低阳极的接地电阻。接地网防腐采用阴极保护后，一般可以延长使用寿命25～30年。
3.2 接地引下线的防腐措施
接地引下线最容易发生的腐蚀部位是从地下与水平接地体连接处，直到地面上1 m处，因为此处接地引下线经过两种不同的腐蚀环境腐蚀电位不同，特别容易发生因腐蚀电位不同而引起的电化学腐蚀。一般采取的措施是从地下与水平接地体连接处开始刷沥清漆或防锈漆，直到地上与设备连接处。特殊防腐措施是在接地体周围尤其在拐弯处加适当的石灰来提高pH 值，或在其周围包上碳素粉加热后形成复合钢体。在接地引下线地下近地面10～20 cm处最容易锈蚀，可在此处套上绝缘材料，如塑料等，并定期进行维护。
4 结束语
总之，接地装置的防腐是造成接地隐患、产生接地事故的主要原因，因而要密切关注。做防雷工程时，对接地极导体材料的选择应从技术、经济等方面进行全面的分析比较，接地装置的防腐应从设计、施工、运行、维护等多方面把关；对只需防腐不需降阻的场所，如地下金属管道电缆等，采用阴极保护效果较好。
参考文献
1 龚家军.对防雷接地装置应采取必要的防腐措施［J］.湖北气象，2006（03）
2 龚家军、刘国臻、刘少霞、王琼.防雷接地装置的腐蚀原因及防腐措施［J］.建筑电气，2007（06）
Discussion on the Corrosion Causes and Treatment
Measures of Lightning Protection Grounding Equipment
Hu Wenhai, Liang Jianwen, Lai Zhufen
Abstract: The grounding equipment is a general term of earthing electrode and grounding line, and to maintain grounding equipment in good condition is an important part to ensure personal and equipment safety. The protective effect of lightning protection devices largely depends on the effect of grounding equipment, and grounding equipment is susceptible to damage because of various reasons, especially the corrosion damage. The article discusses the corrosion of lightning protection grounding equipment and anti－corrosion measures.
防腐蚀接地 篇3
农村电网安全运行水平有待提高[1]，面对的不利局面之一是现有接地系统的腐蚀使导体截面减小甚至断线，造成故障电流或雷电流无法快速泄放入地，将威胁人身安全和电气设备安全。
由于农村电网覆盖面广，不同地区地网腐蚀机理不甚一致，且当地的腐蚀参数很难测定，因此腐蚀程度往往较设计时预估的严重。其中，接地引下线的腐蚀程度较主地网更为严重，却并未引起足够的重视。
本文通过研究农村电网接地引下线的腐蚀机理，研制出了新型防腐接地引下线，以解决农村电网接地引下线易腐蚀的问题。
1 农村电网接地引下线的腐蚀机理
1.1 农村电网接地系统遭遇的环境现状
农村电网接地系统遭遇的环境包括经济、设备、土壤条件、人为等因素[1]。
(1）农村电网建设与改造资金相对紧张。故需要低成本长效型设备。
(2）农村电网设备分散，安全检查工作往往不到位，事故率高且查找困难，故需要耐用设备。
(3）农村电网现有设备质量偏低，部分设备长期存在泄漏电流，加速接地引下线的腐蚀。
(4）影响土壤腐蚀的单项指标达20多项，且农村各地土壤情况差异大，故需要通用型强效型设备。
(5）施肥等农事活动会随机改变土壤构成，极易增强腐蚀因素。
(6）裸露金属部分（如接地引下线地上部分）引发偷盗。
1.2 农村电网接地引下线的腐蚀因素与过程
土壤的腐蚀因素多，主要包括土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤盐分、土壤含水量、土壤含气量、土壤温度、土壤微生物、土壤有机质、土壤杂散电流以及气候条件等等[3]。空气中也有大量的离子，特别是工业区和沿海地区。
农村电网接地引下线因所处环境特殊（一部分处于土壤中，另一部分暴露在空气中）以及受到接地电流作用，其腐蚀为各腐蚀电池及电解作用的结果，成因较城网接地引下线更为复杂。而腐蚀电池的组成部分包括阳极（金属表面被腐蚀的那一部分）、阴极（电流离开土壤电解质并且由此返回金属的那部分金属表面）、用于连接阳极和阴极的导电金属通道（金属本身）[4,5,6]。
(1）金属结构（如钢）在发生土壤腐蚀时，阴极过程包括氧的还原（在阴极区域生成OH-离子）、硫酸根的还原以及金属离子的还原。
(2）氧浓差电池，其形成与土壤透气性有关。对于农村电网接地引下线来说，这种电池作用是最经常遇到的。接地体两侧与上部的土壤相对底部来说比较疏松，于是从地面渗入的氧更容易穿透到达这些部位，形成了一个供氧差异电池，接地体的底表面是阳极而其余表面则是阴极。甚至接地引下线在土壤与空气交界处的两侧就能形成氧浓差电池。
(3）盐浓差电池，即土壤中电解质浓度不均匀性而在接地体不同部分之间产生电位差。农村电网中曾普遍使用的降阻剂引起的腐蚀往往与盐浓度差腐蚀有关。
(4）应力电池，金属结构件处于较高应力状态的部位成为阳极，而处于较低应力状态的部位成为阴极。接地引下线的拐弯处经受冷弯，而农村电网中因受施工工艺水平限制，亦常出现应力腐蚀。
(5）电偶电池，如接地引下线通过不同成分的土壤时，电偶电池使在一种土壤中的钢相对于另一种土壤中的钢成为阳极等。
(6）电解作用，接地引下线遭受变电站泄流（包括泄漏电流和故障电流）时造成电解腐蚀。
2 农村电网接地引下线防腐新措施
2.1 现有接地引下线防腐方法的缺陷
《交流电气装置的接地DL/T621-1997》对接地网提出了要求[7]，而《电力设备接地设计技术规程SDJ8-79》中建议“敷设在腐蚀性较强的场所中的接地装置，应根据腐蚀性质的不同采取热镀锡、热镀锌等防腐措施，或适当加大横截面积”。实际工程中，接地引下线往往采用与接地网相同的材料，亦采用与接地网相同的防腐方法[4,5]，并未考虑接地引下线的特殊性。
(1）镀锌法最为常用。但农村电网接地引下线由于所处特殊环境以及受到接地电流的作用，镀锌层很快就被电解掉，寿命较短，尤其是当出现工艺问题（镀锌层较薄或存在缺陷）时或引下线转向处更是如此。一旦锌层破损，锌层会因与基材构成的电偶对加速其腐蚀，很快便使基材暴露出来遭受腐蚀。
(2）置换法将基材由钢换为铜，以利用铜的耐腐蚀性和稳定性。此法用于引下线时受阻于材料成本与加工成本高，且易造成土壤重金属污染。
2.2 农村电网新型防腐接地引下线
既然接地引下线的腐蚀是由于金属与其所处环境中离子发生作用，那么如果能将接地引下线与土壤和空气有效长期隔离，就能防止腐蚀，故可采用涂层防腐[8]。
采用防腐涂层包覆接地引下线的包覆法可以达到以上目的。同时，为弥补涂层可能出现的针孔、破损等缺陷，延长防腐年限，适当辅以牺牲阳极。具体实现如下（参见图1）。
在接地引下线入地电极的适当位置（通常取总长度的1/2左右处———统计数据表明入地电极于地表面上下约0.4m的位置最易遭受腐蚀），紧密包裹一层防腐材料（涂层长度视埋入深度而定，并保证土壤与空气交界处得到保护），防腐材料采用硫化硅橡胶。硅橡胶是一种高分子材料，分子结构中十分稳定的硅-氧键使得其化学和机械性能稳定，参见图2。室温硫化硅橡胶是以较低分子量聚有机硅氧烷为基础胶料，室温下可在交联剂和催化剂作用下，其结构上的羟基封端缩聚形成三维网络结构。此类涂层具有较好的致密性和抗渗性，能够阻止H2O、O2-、Cl-、SO42-等成分在涂层中传输，使涂层下的金属不发生腐蚀。在施工和使用中还能满足一些特殊要求，如抗弯曲性、一定的硬度和耐磨性、抗冲击能力、抗风化能力、较好的补口和补伤性能等等[9,10]，且成品具有绝缘性，能提高带电作业场所的安全性。
包覆工艺亦决定防腐效果。第一步，采用酸洗工艺将需包裹防腐材料的部分进行酸洗，把工件表面的锈皮等一切污物清除。第二步，采用喷砂工艺将需包裹防腐材料的部分进行喷砂处理，在工件表面建立起毛面，通过调换不同粒度的磨料，达到不同程度的粗糙度，使黏接件黏接更牢固。第三步，使防腐材料成黏稠状，将其附着到接地引下线上[11]，因硅橡胶属厚型防腐材料，成型厚度3mm。
在涂层两端安置环状电负性金属（如镁、铝、锌或合金），并与引下线（钢）电性相连。通过电负性金属的电解消耗以提供阴极极化保护电流，使作为阴极的引下线表面富集电子而不再产生离子，从而避免腐蚀。下面粗略确定阳极长度以作参考。
因接地引下线选用扁钢还是圆钢在效果上没有很大差别，通常采用Φ12mm圆钢或40mm×4mm扁钢（参见DL/T621-1997交流电气装置的接地之接地装置导体的最小尺寸）。
设引下线采用Φ12mm的圆钢，长度为3m，包覆厚度3mm。土壤电阻率为30Ω·m，宜采用镁合金牺牲阳极（阳极驱动电压E取0.65V），按规程要求，可取保护电流密度为i=15mA/m2。则保护电流为I=1.7mA，即阳极发生电流。进一步可得阳极接地电阻为R=38.2Ω。选用参考简式（1），得阳极长度约为0.5m。
实际应用时应根据现有引下线截面、埋入深度及土壤电阻率等确定，或选用更标准的公式进行计算。
现场安装严格执行《GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》。
3 新型防腐接地引下线的性能分析
3.1 性能试验
对农村电网新型防腐接地引下线涂层部分（包覆部分）进行耐老化、耐腐蚀性能试验。试验依据为ASTMD 4587-2005《涂料及相关涂层的荧光紫外线聚合曝光的标准实施规程》以及JB/T 7901-1995《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》。主要试验仪器设备包括紫外线老化试验箱、高低温交变湿热试验箱、生化培养箱等。
试验表明防腐材料性能稳定。结果见表1。
3.2 经济性分析
按照一个变电站20个接地点，计算每个变电站所需费用。
(1）Φ12mm圆钢3m/根，重量7.6kg:6.85元/kg×7.6×20=1041.2元；
(2）牺牲阳极：35元/m×0.5×20=350元；
(3）包裹防腐材料：220元/根×20=4 400元。
总计成本5 791.2元，设计寿命30a，并且能大大降低日常维护费用。
4 结语
针对农村电网接地引下线的腐蚀特点以及现有防腐措施的不足，本文提出采用包覆法+牺牲阳极法的防腐新措施，防腐效果明显，能大大延长接地引下线的使用寿命。设计中亦考虑到成本、可靠性、防盗、维护工作量等因素。在佛山供电局、常山供电局等多处试运行，均反映“线路运行正常，达到设计指标，具有更好的防腐、防盗性能，日常维护工作量明显减少”。
摘要：农村电网覆盖面广,不同的土壤条件、缺乏维护及低成本设备缺陷造成农村电网接地引下线腐蚀问题严重。而接地引下线的腐蚀有着不同于接地网的腐蚀机理,即多种环境与化学作用的综合体现,所以农村电网接地引下线需要新的防腐措施。通过对已有研究成果探究,本文提出了包覆法结合牺牲阳极法的农村电网接地引下线防腐新措施,并对其实现进行了论述。
关键词：农村电网,接地引下线,防腐,电池作用,包覆法,牺牲阳极法
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防腐蚀接地 篇4
1 工程监理接地材料使用现状
输电线路的杆塔接地装置主要是为了导泄雷电流入地, 以保持线路有一定的耐雷水平, 对输电线路安全运行起着重要的作用。但是根据调查分析, 长期埋在地下的接地装置, 由于土壤的腐蚀作用, 7~8年便发生严重损坏, 从而影响杆塔的耐雷水平。近年来, 随着我国电力需求量的增大, 在沿海等盐碱地区将建设更多的输电线路等电力设施, 其腐蚀环境的恶劣将使得接地装置的腐蚀和安全问题更为突出。因此开展盐碱土壤中接地材料腐蚀行为和防腐蚀材料的研究, 对保证接地网接地性能的稳定性和输电线路的安全运行有着非常重要的作用。
目前, 国内输电线路的水平接地体多采用镀锌圆钢或扁钢, 垂直接地体采用钢管或角钢, 该材料虽然造价低, 硬度大, 但耐腐蚀性差、寿命低, 一般运行5年左右就需要开挖检修, 在腐蚀性地区甚至3年就因腐蚀严重而全面更换, 钢材作为接地材料的缺陷是十分明显的, 各类防腐措施对钢材只能起到有限的延缓腐蚀作用, 并不能完全防腐。滨州地区土质以碱性土为主, 腐蚀性较强, 需要使用新型材料或其他办法降低接地材料的腐蚀率, 因此要找到一种耐腐蚀性较高的材料, 节省投资费用, 延长使用寿命。
2 接地材料腐蚀情况调查
沾化-滨州500k V输电线路工程、沾化-黄河500k V输电线路工程位于滨州地区, 工程线路沿线地形50%为河网泥沼。我们在铁塔基础点附近分别取十处作为土壤环境、地电流情况测试点。接地极长期埋设在土壤当中, 并直接与大地接触。土壤腐蚀是接地极材料最主要的腐蚀类型, 因此, 土壤的腐蚀性是接地网腐蚀的重要指标。通过测量土壤的电阻率、瞬时腐蚀率来评价土壤的腐蚀性。土壤电阻率与瞬时腐蚀速率反应土壤环境电化学腐蚀的强弱。检测结果表明, 滨州地区土壤环境腐蚀性较强, 这与当地的地质因素有关。通过分析、统计, 接地材料腐蚀原因主要表现为土壤的腐蚀性和材料的耐腐蚀率。
3 原因分析
我们针对“土壤电阻率”和“接地材料”主要因素进行了原因分析, 因此接地腐蚀率可分为:一是土壤电阻率高。其盐碱地区电阻率高和接地体埋深不够、上层土壤腐蚀快;二是人员水平。表现在施工人员水平低和经验少;三是接地材料。其钢材耐腐蚀性差、引下线耐腐蚀性较差和接地材料规格过小;四是操作工艺。其焊接头存在虚焊、假焊想象, 会用砂子、碎石和建筑垃圾作回填土。
4 制定相关解决对策
(1) 针对接地体埋深不够, 上层土壤含氧率较高, 吸氧腐蚀快等问题, 采取现场严格检查施工情况, 准确测量接地体埋深。确保接地材料埋深符合设计和相关工程规范要求。
(2) 针对用砂子、碎石和建筑垃圾作回填土等问题, 采取现场监理旁站等方式确保人员监督到位, 确保回填土符合设计和相关规范要求。
(3) 针对施工过程中, 接地材料焊接头存在虚焊、假焊等现象, 并且对焊接头没有做防腐处理等问题, 我们要求监理人员事先审查焊接方案并要求施工人员进行预焊接, 检查合格后方可进行正式焊接。
(4) 针对接地引下线没有采取过渡防腐措施, 没有刷防腐漆等问题, 要求现场监理人员及时检查施工方案和现场施工情况, 要求施工人员严格按照图纸施工。
(5) 针对钢表面的镀锌层以及导电涂层在盐碱土壤中存在较短时间内就腐蚀或失效, 以至于对接地体保护效果较小等问题, 我们利用相关仪器设备测量接地材料在盐碱地区的瞬时腐蚀率, 确保瞬时腐蚀率满足要求。
(6) 针对土壤盐碱程度高等问题, 我们联系设计方采取多种措施降低土壤电阻率。
通过综合上述措施, 并对相关接地材料进行实地考察, 我们最终确定采用新型材料铜覆钢作为接地材料, 根据材料检测情况, 控制该接地材料腐蚀率在2%以下, 做好铜覆钢的敷设工作, 确保敷设准确到位。
5 经济情况分析
采用新型接地材料, 我们必须对新旧接地系统进行经济情况分析, 以确保新型材料经济性和实用性满足施工要求。
(1) 传统接地系统虽然前期投资小, 但后期使用维护费用较大, 特别是因接地材料腐蚀造成线路运行安全带来的经济损失和社会效益损害是不可估量的, 新型铜覆钢系统虽然一次性投资大, 但其优越稳定的性能减少和避免了因接地材料腐蚀带来的电力安全事故, 极大提高了输电线路运行的安全性和可靠性。
(2) 铜覆钢材料的耐腐蚀性可较热镀锌钢提高5—10倍, 使用寿命更长, 导电性能更好, 而且也克服了纯铜材质造价过高、硬度不够难以深钻等缺点。在滨州这样的盐碱地形条件下应用具有非常突出的优势。同等条件下铜覆钢则可达到40年设计寿命。不仅如此, 从长远的寿命周期及维护来看投入成本, 在40年设计寿命条件下, 使用铜覆钢材料, 材料的全寿命周期投资比可比铜降低105%左右, 比热镀锌钢降低35%左右。
(3) 输电线路施工以往通常输电线路接地极采用Ф12圆钢, 接地引下线采用Ф12镀锌圆钢。镀锌钢材的导线截面积为s=I√t/70, 30%导电率铜覆钢的导线截面积为S=I√t/176, 采用70mm2铜覆钢即可。通过比较, 采用铜覆钢新型材料也可以节约大量接地材料的使用, 经济效益较好。
通过使用新型铜覆钢接地系统, 我们对两个500k V输电线路工程地基腐蚀率进行检查, 共检查150点, 平均接地材料腐蚀率为0.005%。通过本次接地材料的研究, 我们贯彻了施工工程“一次成优、过程创优”理念, 提高了经济效益, 实现了工程安全可靠、质量优良、工艺先进、环保节约的工程建设目标。通过保证接地材料的质量, 减少了质量隐患, 实现了输电线路工程“零缺陷”移交, 为后续工作打下了坚实基础, 产生了较大的社会效益和推广价值。
参考文献
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接地网腐蚀与断点诊断技术探讨 篇5
(1) 沿大地表面的危险电位梯度。
(2) 由于过电压上升而造成的电力设备绝缘损坏。
(3) 电力系统的中性点的偏移。
(4) 电力继电保护装置误动。
(5) 通过管线和低压电路等装置的高压转移。
(6) 电力设备机壳上的危险电压。
(7) 接地体周围的土壤风干。
由此可见, 接地网的故障已是电力系统安全运行的心腹大患, 诊断接地网的断点及接地网的腐蚀情况已成为电力部门的一项重大反事故措施。尤其是前几年美国电网出现大面积停电事故后, 引起世界各国对电网保护的高度重视, 我国政府和电力企业更加重视接地网的防腐安全问题。例如1985年3月13日在胡集变电站和1986年4月25日在潜江变电站发生的接地故障, 都因35kV小电流接地系统发生两相短路接地与异相异点接地形成短路, 使接地网部分或整个接地网通过大电流, 烧断接地引线和部分接地网水平导体。设备外壳和端子箱上出现工频高压, 造成工频高压进入主控室损坏设备, 使直流保险熔断大大延长短路故障的切除时间, 造成主变压器损坏, 使事故扩大。
1 接地网腐蚀诊断的基本思想
当接地网运行多年后, 某些导体就会发生不同程度的腐蚀甚至断裂, 其相应支路的电阻值增大, 这样, 腐蚀前后就得到两个拓扑结构相同、支路电阻值不同的电阻网络。如图1, 当对这两个网络施加相同的恒定直流电流源时, 原网络节点电压因拓扑结构、支路电阻及激励已知, 可根据电网络理论计算得到。对于腐蚀后的接地网, 因电气设备都有和接地网相连的接地引线, 其与地网连接点为可测节点, 直接测量这些接地引线对参考节点的电压就得到腐蚀后接地网节点电压值。
2 接地网腐蚀机理
接地装置长期处于地下阴暗、潮湿的环境中, 最容易发生腐蚀。金属在土壤中的腐蚀按机理的不同分为下列几种:化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀。
2.1 化学腐蚀
发生在金属与介质相接触的界面上, 腐蚀时没有电流产生, 钢材表面在高温下与空气中的氧气接触, 发生化学反应, 生成一层氧化膜, 这就是一种化学腐蚀。化学腐蚀主要与环境温度、环境中含有化学腐蚀物质的量和环境中的空气湿度有关。环境温度越高, 环境中含有化学腐蚀物质的量就越多。空气湿度越大, 化学腐蚀就越严重。
2.2 电化学腐蚀
土壤是由固态、液态和气态三种物质构成的复杂混合物, 土壤胶体带有电荷, 并吸附一定数量的阴离子, 当土壤中存在少量水分时, 土壤水即成为一种电解质溶液, 土壤中的部分氧气溶解在水中, 与接地体构成一个氧化还原电池。当接地装置发生腐蚀时, 钢材作为原电池的负极 (阳极) , 发生氧化反应;而钢材中含有能导电的杂质则作为原电池的正极 (阴极) , 发生还原反应。但由于钢材接触到的电解质溶液的酸性强弱不同, 正极上的反应有析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种情况, 因而使腐蚀过程有所差异。
3 接地网故障诊断的影响因素
地网在施工时由于地域、土壤等原因, 没能严格按照设计图纸敷设接地网, 或在引上线的布置位置上有所限制, 导致接地网与设计时有一定的偏差, 对地网的诊断也带来了影响, 本章就研究利用上述理论方法是否能准确诊断出当接地网存在影响因素时的故障。
3.1 节点虚焊漏焊
在实际工程中, 当接地网敷设完毕后, 由于不严格的施工质量, 接地网可能存在漏焊和虚焊的情况。这从理论可以分析出因为接地网某节点虚焊后, 由于并联的导体数目减少, 节点的电压值必然有所增大计算得到的支路电阻必然增大, 判断出的腐蚀程度也因此变大。
3.2 接地引线偏移
接地网节点在仿真计算中, 接地引线总是从网络交汇的节点上引出的。而在实际工程中, 接地引线和接地网不一定会在网络的节点上相连, 而是就近与接地网的支路相焊接, 加上常常缺乏严格完整的竣工图和改造图, 所以, 接地引线和接地网的连接节点往往不能确定, 在计算时用的接地网拓扑图按照就近的原则设定接地引线和接地网的连接点在网络的节点上, 这种假定必然会使计算结果与实际情况存在一定的误差。
3.3 接地网网格偏移
由于施工过程中各种原因, 没能严格按照设计图纸敷设接地网, 有可能导致某些段导体发生偏移, 而计算时依据的是设计图纸的拓扑结构, 这样可能对诊断结果造成一定误差。
(1) 节点虚焊漏焊的影响:由于并联的导体数目减少, 节点的电压值会有所增大计算得到的支路电阻必然增大, 判断出的腐蚀程度由此也变大。
(2) 接地引线偏移接地网节点的影响分别对节点向四个不同方向节点偏移进行了仿真计算, 均与假设结果一致。
(3) 接地网网格偏移的影响:初步诊断出电阻增量最大支路, 增加节点后将故障支路准确诊断出来, 还把部分因网格偏移而改变电阻的支路诊断出来。
摘要：本文主要介绍接地网腐蚀诊断方法的基本原理, 包括电网络理论、故障诊断理论、接地网在土壤中的腐蚀机理等。在这些理论的基础上, 结合本文的目的和接地网的实际情况, 做出一些必要的分析。
关键词：变电站接地网,腐蚀,故障诊断
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电力系统接地网的腐蚀现状及对策 篇6
接地网是保证变电站及电力系统安全工作的关键装置,具有均压和泄流的重要作用。然而,土壤成分复杂及存在杂散电流等原因使得碳钢接地网腐蚀严重,影响到变电站甚至电力系统的稳定运行。以往对于接地网腐蚀的研究大多集中在腐蚀发生原因的调查与分析,而对于预防接地网腐蚀方法的总结还不够深入。本工作在对接地网腐蚀现状进行分析的基础上,对接地网腐蚀与防护领域的最新研究进展予以整理和总结,同时对该领域未来的研究工作提出展望。
1 接地网的腐蚀现状
DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》规定,一般条件下接地网可使用碳钢,在腐蚀严重地区宜使用热镀锌钢。碳钢的腐蚀程度与土壤的电阻率、含盐量、含水率和pH值等因素直接相关。碳钢在土壤中会发生化学和电化学腐蚀;特别是有杂散电流存在时,腐蚀会集中发生在接地网某一部位使其在短时间内发生减薄和断裂。即便是镀锌钢,因为锌层厚度有限,在土壤中的腐蚀状况也与普通碳钢相似。在一些土壤腐蚀性较强的地区,碳钢或镀锌钢的接地网3～5年内就会严重腐蚀,甚至断裂,极大地影响接地网的完整性和导电性[1]。此外,不同电压等级、不同土壤环境的变电站接地网普遍存在腐蚀状况[2,3]:广东省130座变电站中,有60余座存在接地网的腐蚀问题,其中东墩110 kV变电站的接地网多处腐蚀断裂,平富岗变电站接地网中9mm直径的圆钢被腐蚀成细条;陕西省7座变电站中有6座的接地体发生多处腐蚀断裂,接地体的平均腐蚀速率为6.87 mm/a,最大腐蚀速率达到了12 mm/a;湖北电网在2006年对20座220 kV变电站的接地网开挖检查,发现其均存在不同程度的腐蚀,具体表现为接地体减薄和腐蚀断裂。
2 接地网的防腐蚀方法
2.1 使用耐蚀接地材料
使用铜、不锈钢和人造石墨等耐蚀接地材料可以较好地防止接地网腐蚀;但是铜与不锈钢价格昂贵,人造石墨脆且易碎。因而这些材料并没有在我国大规模应用。近年来铜覆钢材料开始逐步应用于接地网。碳钢表面包覆一层金属铜,既具有较好的耐蚀性,又相较于纯铜节约成本。目前,铜覆钢材料分为镀铜钢、连铸铜包钢、铜包钢等[4]。表层铜厚度是评价铜覆钢材料耐蚀性优劣的重要参数。依据电力标准,满足接地网防腐蚀的铜覆钢表层铜厚度下限为0.25 mm[5]。镀铜钢表层铜厚度能达到0.25 mm左右,连铸铜包钢表层铜厚度则可达到1.00 mm[6]。铜层与钢结合的紧密程度也对其耐蚀性有影响:镀铜钢与连铸铜包钢均实现了金属材料间分子级的渗透,结合紧密程度较好;铜包钢两者结合不牢固,有时甚至会脱落。因此,连铸铜包钢和镀铜钢性能优良,是最理想的耐蚀接地材料。
虽然铜覆钢耐蚀性好,但是焊接时可能发生虚焊、漏焊或者施工时造成铜层破损,使其发生电偶腐蚀。因此,合理设计、规范施工才会最大程度地发挥耐蚀接地材料的效能。
2.2 实施阴极保护
阴极保护法在地下金属结构防腐蚀工程中有着广泛应用,在新旧接地网上均可使用,但要结合接地网面积及变电站的工况条件合理选择实施方案以确保防腐蚀效果。
(1)牺牲阳极阴极保护接地网防腐蚀一般选用驱动电压高、溶解均匀的镁或镁合金为牺牲阳极。镁阳极在酸性土壤中对碳钢接地网的保护度可达98%～99%[7],在不均匀土壤中对接地网的保护度也能达到91.83%[8]。虽然镁阳极防腐蚀效果明显;但其电流效率低,单块阳极保护范围有限,如果将其用于面积较大的接地网阴极保护需要大量的阳极来确保防腐蚀效果,且镁阳极的自腐蚀速率快,需要经常更换。将Mn,Ca,Y等元素与镁掺杂,制成的电流效率高、自腐蚀速率低的新型镁合金阳极更适合在土壤中使用[9,10,11]。
此外,变电站的工况条件也会影响防腐蚀保护效果。电压等级大于110 kV的变电站一般采用中性点接地,当电网系统负载不平衡时会持续有几安培至几十安培的交流电流过接地网[12]。交流电流密度达到3.0mA/cm2时会使镁阳极电流效率下降80%,且镁阳极工作电位会随着交流电干扰的增强而明显正移,如果交流电干扰严重,镁阳极和碳钢接地网之间会发生“极性逆转”现象,使得接地网加速腐蚀[13]。
综上所述,为了降低施工成本,避免交流杂散电流对保护效果的影响,牺牲阳极法仅适用于面积较小、电压等级小于110 kV、交流电干扰较弱的变电站接地网的腐蚀防护。
(2)外加电流阴极保护系统由直流电源、参比电极、辅助阳极等几部分组成,具有保护电压可调、使用环境适应性强、一次性施工不需维护的优点,更适合于面积较大、土壤成分复杂的接地网。外加电流腐蚀防护的关键问题是使保护电流分布均匀。传统的阴极保护设计,辅助阳极布置点的选取依赖于经验,无标准和规程,如果阳极布置点选取不当极易引发“过保护”或“欠保护”现象[14]。而利用数值模拟可以直观表现出辅助阳极在不同位置时保护电流的变化,且能够优化阴极保护电流的分布,为阴极保护工程设计提供强有力的支撑[15,16,17]。此外,交流电对保护电位的干扰也会影响阴极保护效果:一般的准则认为金属的电位达到-850 mV(vs CSE)时腐蚀即可得到抑制,但是在交流电干扰下仍会发生腐蚀[18];地中杂散电流会影响参比电极反馈电位的准确性,导致恒电位仪的输出电压偏离设计值。
综上所述,优化保护电流的分布,探究合适的保护电位是保证变电站接地网外加电流阴极保护效果的重要工作。
2.3 涂覆导电涂料
在接地网表面涂覆导电涂料既可以隔离土壤中的电解质、溶解氧、水分等腐蚀介质又不会影响接地网的导电性。导电涂料分为掺杂型与结构型[19],两者都是以导电填料作为电子传递的媒介从而实现涂料的导电效能。掺杂型导电涂料一般用银、铜等金属粉末作为导电填料,虽然导电性好,但价格昂贵,易氧化,限制了其使用[20,21]。结构型导电涂料以改性后的导电高分子聚合物为导电填料,而聚苯胺、聚吡咯等导电高分子聚合物价格便宜、合成简单,因此结构型导电涂料具有广阔的发展前景[22]。
接地网导电涂料防腐蚀设计简单、施工方便,但实际使用时仍有一些需要特别注意的问题。首先,要确保涂层均匀、避免破损,否则杂散电流会使裸露处的金属加速腐蚀。另外,导电涂料并不能有效抑制接地网已经发生的腐蚀,因而对于运行时间较长的接地网不具有保护效果。为了避免上述问题的出现,在使用导电涂料防腐蚀时要在接地网建设初期合理设计、精心施工,同时加强对保护效果的监督,只有这样才能最大程度地发挥导电涂料的防腐蚀效能。
3 总结与展望
为了进一步提高接地网腐蚀防护效果,未来还需在以下几个方面作进一步研究:
(1)提高耐蚀材料在接地网建设中的比例。与碳钢接地网相比,耐蚀材料接地网无论是在使用寿命还是在接地性能上都具有显著优势,但是目前在国内只是处于小范围试验使用阶段。推广耐蚀接地材料的应用,可从源头上遏制腐蚀的发生。
(2)研究交流杂散电流对变电站接地网腐蚀与防护的影响。交流杂散电流的存在会影响阴极保护的效果,并会加速金属材料的腐蚀,应系统地研究其对接地材料腐蚀性及对接地网阴极保护效果的影响。
防腐蚀接地 篇7
1 土壤中接地装置腐蚀后的危害
现阶段, 我国用于接地的材料主要为碳钢材料。雷电防护系统中, 接地装置一是要满足一定雷电流下的热稳定和动稳定。二是雷电流入地瞬间, 地电位要限制在允许的范围内。三是接地装置电位均衡。接地装置发生腐蚀后, 接地碳钢材料受损, 表层的腐蚀产物造成接地性能不良, 无法满足泄流时对热、动稳定的要求, 雷电冲击电流流经地网时, 可使地网断裂, 并且因为接地装置受到腐蚀后跨步电压增大, 危及人身安全。此外, 由于防雷的接地装置大多与设备、电源接地共用, 接地装置上过大的压降, 以过电压的形式侵入电源系统, 对设备造成反击, 引起事故[4]。
2 土壤中的接地装置腐蚀机理
金属在土壤中的腐蚀, 其实就是电化学腐蚀。土壤中含有盐或其他物质的水———电解质溶液, 当金属埋在土壤中时, 其表面将发生原电池作用而被腐蚀。碳钢接地体在酸性土壤中的吸氢腐蚀见图1, 碳钢接地体在中性或碱性溶液中的吸氧腐蚀见图2。由电极反应可以看出, 铁不断把电子传导给碳, 并将正离子投入电解质溶液, 铁即溶解, 遭受腐蚀;同时, 碳仅起传递电子的作用, 使其周围发生吸氢腐蚀或吸氧腐蚀而碳本身没有变化。因此, 化学成分不纯、结构不均匀或状态不均匀材料是造成接地体被腐蚀的主要原因;另外, 电子在阴、阳极间电位差的作用下移向阴极, 将进一步促使阳极反应的进行, 加速金属的腐蚀过程。在实际中, 吸氧腐蚀比吸氢腐蚀更具有普遍性[5]。
注:阳极 (Fe) :Fe→Fe2++2e;阴极 (C) :2H++2e→H2↑。
注:阳极 (Fe) :Fe→Fe2++2e;阴极 (C) :O2+2H2+4e→4OH-。
3 接地装置土壤腐蚀的类型
3.1 微电池腐蚀和宏观电池腐蚀
比较短小的金属构件的腐蚀, 主要是由金属组织不均匀性引起的微电池腐蚀。对于长的金属构件而言, 因不同位置氧渗透率、黏土和砂土等结构及埋设深度不同, 使金属表面不同部分散布着不同的电位, 引起氧浓差电池和盐分浓差电池腐蚀, 在阳极部位产生较深的腐蚀孔, 使金属接地体遭受严重破坏。水平接地体在不同的土壤中形成的氧浓差电池见图3。
3.2 杂散电流引起腐蚀
由原定的正常电路漏失而流入大地的杂散电流引起地下埋设的金属构筑物、接地体、管道等腐蚀。图4为用电设备漏失电流流入大地处成为腐蚀电池的阴极, 而附近的接地体成为腐蚀电池的阳极区, 即可遭到腐蚀破坏。腐蚀破坏程度与杂散电流的强度成正比, 电流强度愈大, 腐蚀就愈严重。一般来说杂散电流造成的腐蚀损失相当严重, 计算表明:1 A直流电流经过1年就可以造成9 kg的铁发生电化学溶解而被腐蚀掉;分散电流比较严重的区域, 8~9 mm厚的钢管, 只要2~3个月就会腐蚀穿孔[6]。
3.3 微生物引起的腐蚀
硫酸盐还原菌 (厌氧菌) 、硫杆菌 (有排硫杆菌和氧化硫杆菌2种, 最适宜存在的温度为25~30℃) 等细菌的活动能引起金属的强烈腐蚀。这些细菌有可能引起土壤物理化学性质的不均匀性, 从而造成氧浓差电池腐蚀, 同时细菌在生命活动中产生硫化氢、二氧化碳和酸能够腐蚀金属, 另外细菌还可能参与腐蚀的电化学过程, 硫酸盐还原菌能消耗氢原子, 使去极化反应顺利进行。
4 接地体腐蚀速率的主要影响因素
4.1 土壤电阻率
当腐蚀电池形成后, 作为回路介质, 土壤的电阻率小, 腐蚀电流变大, 腐蚀越严重, 因而土壤电阻率是评价腐蚀性的重要指标。土壤电阻率与腐蚀速度的关系见表1。
4.2 土壤含氧量
在中性或酸性土壤中, 土壤中的含氧量对腐蚀过程有很大的影响。将金属导体埋设在含氧量不同的土壤中, 就可能形成不均匀的氧浓差腐蚀电池。
4.3 土壤含水量
土壤含水量除影响透气性外, 对土壤中的溶盐量及导电性也有很大的影响。当土壤含水量很低时, 土壤电阻大, 腐蚀很小;在达到临界值以前, 腐蚀速度随着含水量增加而提高;达到临界值以后, 腐蚀性随着含水量再增大而减小。以黏土和砂质黏土为例, 含水量为0时, 没有腐蚀;含水量为12%~25%时, 保持最大腐蚀速度;含水量为25%~40%时, 腐蚀速度降低;含水量>40%时, 则出现较低恒定的腐蚀速度。
4.4 土壤含盐量
土壤含盐量高, 土壤电阻率小, 腐蚀速度就大。
4.5 土壤的p H值
大部分土壤p H值为6.00~6.75, 盐碱土、酸性土的p H值分别为7.5~9.5、3.0~6.0。一般土壤p H值低, 其腐蚀性大。
5 土壤中的接地装置防腐措施
通过对接地装置腐蚀机理、腐蚀类型和影响腐蚀速率因素分析, 在实际防雷工程设计施工中, 可对接地装置采取如下防腐措施。
5.1 加大接地装置截面或对接地装置表面镀锌
此法可对接地装置腐蚀起减缓作用, 对于未采取防腐措施的接地装置, 当腐蚀速度不大于0.1 mm/年时, 圆钢接地体直径不小于12 mm, 钢管接地体厚度应当不小于5 mm, 扁钢接地体厚度应不小于5 mm;若腐蚀速度超过0.1 mm/年时, 则接地体的直径和厚度应相应增加;对于采用碳钢上镀锌的防腐措施, 主要依靠表面层上锌的腐蚀保护地网金属, 但锌只在温和的环境下有较好的耐蚀性, 一般土壤环境中, 平均腐蚀速率为0.065 mm/年。但对防腐严重的地区无法从根本解决问题, 而且造成大量金属材料的不必要消耗。
5.2 采用铜及其他耐腐蚀的金属作接地材料
美国等西方国家采用此方法, 但由于此方法一次性投资大, 铜的价格昂贵, 刚性不够, 施工困难, 还易造成与其他钢结构形成原电池, 使钢结构受到腐蚀影响其他钢结构的安全, 所以难以大面积推广。
5.3 采用降阻防腐
许多试验说明, 降阻剂对接地体腐蚀有很好的保护作用, 且价格适中, 可以大量推广。防腐剂中比原土中的腐蚀率小的原因:一是降阻防腐剂为弱碱性, p H值为10, 可极大地抑制硫杆菌的生长, 所以铁的析氢腐蚀作用和微生物腐蚀作用都很难存在。二是降阻防腐剂中的OH-数量多, 它与铁之间的“标准电极电位差”较小, 减小腐蚀作用。三是降阻防腐剂中含有大量钙、钠、镁和铝的金属氧化物, 有一定的阴极保护作用。四是胶黏状的降阻防腐剂, 可以将铁包围紧密, 阻隔空气中的氧气, 可防止氧化腐蚀作用。五是降阻防腐剂与铁表面发生化学反应形成一层氧化膜, 故不易腐蚀。六是铁的氧化物属于碱性氧化物, 仅能与酸反应, 因此, 铁埋在具有弱碱性的降阻防腐剂中, 可以避免二次腐蚀。
5.4 接地极表面采用复合多种的防腐材料
在以铜或钢为基体的接地体的表面上复合一层厚度为不小于0.5 mm的铜、铅、锌等有色金属, 此法可以适应不同的酸碱等腐蚀介质的防腐, 减缓接地体腐蚀。
5.5 采用“牺牲阳极, 阴极保护”
此法不仅对接地体进行防腐保护, 延长接地体使用年限, 一般可达40年以上, 而且能进一步降低地网接地电阻。该法就是把作为阳极遭受腐蚀的地网设法变为阴极, 使其由失去电子变为获取电子, 氧化反应变为还原反应, 遭受腐蚀变得没有腐蚀。实现阴极保护的手段一般有2种:一是外加电源法 (图5) ;二是牺牲阳极法 (图6) 。
5.5.1 外加电源法。
利用石墨等作阳极, 被保护的接地极作阴极, 两者之间加以直流电源, 电源的正极接在阳极上, 负极接在被保护的接地极或地下金属物上。直流电源可采用降压变压器和整流器。一般对电源容易解决, 工程规模较大的, 宜采用外加电源法。
5.5.2 牺牲阳极法。
将被保护的接地极或地下金属物作为阴极, 利用镁合金、铝合金、锌合金等金属作阳极, 将阴、阳两极相连, 作为阳极的保护物不断消蚀。牺牲阳极不需外接电源, 且无需维修, 阳极消耗很小, 由于电池作用产生的电流小, 只用于对电流量需要不太大的地方。在沿海地区和土质、土壤腐蚀性较强的规模大的工程宜采用此方法。
5.6 其他方法
可以通过调节土壤的酸碱度、含盐量、换土等方法减缓接地体的腐蚀速度。
6 结论
接地体金属腐蚀分为吸氢腐蚀和吸氧腐蚀。接地体土壤腐蚀的速率与土壤电阻率、土壤中的含水量、含氧量、含盐量、土壤的酸度等有关。减缓接地体的腐蚀速度, 可以通过加大接地极截面和对接地极表面镀锌;或采用铜及其他耐腐蚀的金属做接地材料;或采用降阻防腐;或在接地极表面采用复合多种的防腐材料;或采用“牺牲阳极, 阴极保护”;或调节土壤的酸碱度、含盐量、换土等多种措施。
摘要：在雷电防护中, 接地相当重要, 接地装置的优劣直接决定了防雷装置的避雷效果。若接地处理不好, 其他的技术措施就失去了支持。本文通过对土壤中的接地装置腐蚀机理、腐蚀类型以及影响接地体腐蚀因素的探讨, 提出加大接地截面和对接地极表面镀锌法、采用铜及其他耐腐蚀的金属作接地材料法、采用降阻防腐法、在接地极表面采用复合多重的防腐材料法、采用“牺牲阳极、阴极保护”法以及调节土壤的酸碱度、含盐量、换土等多种防腐措施, 以减少土壤对接地装置的腐蚀。
关键词：土壤,接地装置,防腐
参考文献
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[5]许雅周, 刘开明.工程化学[M].北京:机械工业出版社, 2005:91-95.
防腐蚀接地 篇8
关键词：接地网,地图标注,土壤评价
随着变电站容量的不断扩大, 接地网安全运行的要求越严格, 对接地体的热稳定性的要求就越高。接地网金属材料的土壤腐蚀除了受碳钢材料本身的影响外, 更多的是受土壤理化性质及其他一些外界因素的影响。
甘肃省电力科学研究院对接地网金属材料的土壤腐蚀情况做了大量的测试, 积累了大量的测试数据, 测试数据繁多且分散保存在各测试人员手中, 尚未形成一个完整、统一的数据库。通过开发甘肃接地网腐蚀规律数据管理系统科学规范管理接地网腐蚀的测试数据, 方便决策、管理、设计、测试等相关人员查询利用信息, 方便通过测试数据进一步建立数据模型, 寻找腐蚀规律, 实现资源信息的共享和电网企业管理的规范化、现代化。
1 系统架构
本系统基于.Net平台采用C#语言开发, 结合数据库技术、GIS地图、ExtJs和Jquery框架等技术开发, 采用组件式开发、ASP.NET MVC分层结构为设计思想。采用B/S架构, 用户界面采用ASP.NET和Ext JS实现, 运用Ajax技术提升用户体验, 结合WebSerice技术实现数据交换, 数据交换的格式采用JSON, 数据库采用SQL SERVER 2005。
2 系统主要功能
本系统主要实现接地网相关测试数据的添加、删除、修改和查询功能, 基于地图实现变电站的动态标注和动态缩放, 展示变电站相关的接地网测试数据, 展示接地网土壤分布图, 提供接地网测试数据导入导出功能。
2.1 基于地图标注变电站和查看相关测试数据
如图1所示, 选择变电站所属地市, 出现该地市地图, 然后在该地图上点击鼠标右键, 选择“在此标注”, 出现变电站标注窗口, 选择相应的变电站, 点击标注。
鼠标移到标注好的变电站上时, 会出现该变电站信息对话框中, 可查看理化指标数据、腐蚀速率数据、评价标准数据和评价数据。
2.2 土壤分布
土壤分布图页面如图2所示。单击按钮缩小图片, 单击按钮放大图片, 通过下拉框选择缩放比例, 可以对图片进行缩放。
2.3 查看测试数据
查看测试数据页面如图3所示。通过树形图选择变电站所属地市, 再选择该地市下辖变电站, 即可查看该变电站相关的接地网测试数据。
2.4 理化指标管理
理化指标管理页面如图4所示, 可对理化指标进行添加、删除、修改, 也可将数据导出为Excel文件。在下拉列表框中选择变电站筛选理化指标数据或在文本框输入条件点击查找按钮可查找理化指标数据。
单击添加按钮, 输入理化指标信息, 包括PH值、碳酸根、重碳酸根、总碱度、含水量、水溶硫酸根、酸溶硫酸盐含量和易溶盐含量等。
2.5 腐蚀速率管理
腐蚀速率管理页面如图5所示, 可对腐蚀速率进行添加、删除、修改, 也可将数据导出为Excel文件。在下拉列表框中选择变电站筛选腐蚀速率数据或在文本框输入条件点击查找按钮可查找腐蚀速测试率数据。
单击添加按钮, 输入腐蚀速率信息, 包括坑深、温度、土壤电阻率、氧化还原电位和腐蚀速率等。
2.6 评价标准管理
评价标准管理页面如图6所示, 可对评价标准进行添加、删除、修改, 也可将数据导出为Excel文件。在下拉列表框中选择变电站筛选评价标准数据或在文本框输入条件点击查找按钮可查找评价标准数据。
评价的指标有土壤电阻率、含水量、酸碱度、地下水情况土壤电位、水平均匀、垂直均匀、中性盐含量和硫酸盐含量以及土壤类型等指标。
2.7 评价管理
基于腐蚀速率数据、理化指标数据结合评价标准对接地网土壤腐蚀情况作出评价, 得出评价结果。评价管理页面如图7所示。
可以进一步结合模糊物元法和熵权建立模型法综合分析自动得出评价结论。
2.8 用户权限管理
通过用户管理页面添加、删除和修改用户, 给用户分配权限, 用户分为管理员用户和普通用户两种类型。普通用户只能查看和导出测试数据, 没有修改权限。用户管理页面如图8所示。
3 结束语
本系统已于2012年6月投入使用, 迄今已正常运行了5个月。通过对大量测试数据进行综合管理和分析, 为高效寻找接地网腐蚀规律提供安全运行指导和决策依据。
参考文献
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